BIOMOLÉCULAS

JAIDER MUÑOZ. Biología para ingenieros

BIOELEMENTOS

Son elementos básicos en la estructura celular y de tejidos de los organismos vivos.

Se ha encontrado en el protoplasma celular más de setenta elementos químicos naturales.

Bioelementos primarios: Hacen parte de biomoléculas orgánicas. Comprenden el 96% de la materia viva. Son: H,C,O,N,P y S

Bioelementos secundarios: Comprenden solo el 4% del protoplasma y participan en importantes funciones celulares como la conducción de impulsos nerviosos, contracción muscular, movimiento celular y regulación del funcionamiento enzimático

Los más abundantes son: Na, K, Mg y Ca

Oligoelementos: Se encuentran en el protoplasma en concentraciones inferiores al 0.1%. Algunos de ellos son: Fe,Cu, F, Zn, Br, I, Se.

BIOMOLÉCULAS

Son exclusivas de los seres vivos:Simples: constituidas por átomos del

mismo elementoCompuestas: formada por átomos de

diferentes elementos.Las Biomoléculas pueden ser: Inorgánicas: carecen de carbono e

hidrógeno generalmenteOrgánicas: constituidas básicamente por

esqueletos de carbono e hidrógeno.

HIDRATOS DE CARBONO: ASPECTOS GENERALES

FUNCIÓN ENERGÉTICA

Los Hidratos de Carbono (HC) representan en el organismo el combustible de uso inmediato.

Los HC son compuestos con un grado de reducción suficiente como para ser buenos combustibles, y además, la presencia de funciones oxigenadas (carbonilos y alcoholes) permiten que interaccionen con el agua más fácilmente que otras moléculas combustible como pueden ser las grasas. Por este motivo se utilizan las grasas como fuente energética de uso diferido y los HC como combustibles de uso inmediato.

La degradación de los HC puede tener lugar en condiciones anaerobias (fermentación) o aerobias (respiración).

Todas las células vivas conocidas son capaces de obtener energía mediante la fermentación de la glucosa, lo que indica que esta vía metabólica es una de las más antiguas.

Los HC también sirven como reserva energética de movilización rápida (almidón en plantas y glucógeno en animales). Además, los HC son los compuestos en los que se fija el carbono durante la fotosíntesis.

FUNCIÓN ESTRUCTURAL

El papel estructural de los HC se desarrolla allá donde se necesiten matrices hidrofílicas capaces de interaccionar con medios acuosos, pero constituyendo un armazón con una cierta resistencia mecánica.Las paredes celulares de plantas, hongos y bacterias están constituidas por HC o derivados de los mismos.La celulosa, que forma parte de la pared celular de las células vegetales, es la molécula orgánica más abundante de la Biosfera. 

FUNCIÓN INFORMATIVA

Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Tanto las glicoproteínas como los glicolípidos de la superficie externa celular sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos.

El exoesqueleto de los artrópodos está formado por el polisacárido quitina. Las matrices extracelulares de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) están constituídas por polisacáridos nitrogenados (los llamados glicosaminoglicanos o mucopolisacáridos).

En muchos casos las proteínas se unen a una o varias cadenas de oligosacáridos, que desempeñan varias funciones:

•ayudan a su plegamiento correcto •sirven como marcador para dirigirlas a su destino dentro de la célula o para ser secretada •evitan que la proteína sea digerida por proteasas •aportan numerosas cargas negativas que aumentan la solubilidad de las proteínas, ya que la repulsión entre cargas evita su agregación.

FUNCIÓN DE DETOXIFICACIÓN

En muchos casos, los organismos deben encargarse de eliminar compuestos tóxicos que son muy poco solubles en agua, y que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo. Estos compuestos pueden ser de diversa procedencia:

•compuestos que se producen en ciertas rutas metabólicas, que hay que eliminar o neutralizar de la forma más rápida posible (bilirrubina, hormonas esteroideas, etc.)

•compuestos producidos por otros organismos (los llamados metabolitos secundarios: toxinas vegetales, antibióticos, etc.)

•compuestos de procedencia externa (xenobióticos: fármacos, drogas, insecticidas, pesticidas, aditivos alimentarios, etc.)

Una forma de deshacerse de estos compuestos es conjugarlos con un derivado de la glucosa: el ácido glucurónico (tabla inferior) para hacerlos más solubles en agua y así eliminarlos fácilmente por la orina o por otras vías.

CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS

CARBOHIDRATOS COMUNES EN LOS SERES VIVOSAlmidón

CARBOHIDRATOS COMUNES EN LOS SERES VIVOSGlucógeno y Celulosa

RUTAS METABÓLICAS DE LOS CARBOHIDRATOS

Glucólisis: descomposición de la glucosa a través de la oxidación con el fin de obtener energía para la célula

Glucogenogénesis /glucogénesis: síntesis o formación de glocogeno

Gluconeogénesis: síntesis de glucosa a partir de precursores no glucidicos

Glucogenólisis: degradación o rompimiento de una molécula de glucógeno para obtener glucosa.

LIPIDOS

Presentan cadenas hidrocarbonadas lineales y no lineales, ramificadas hasta no ramificadas y otros diversos complejos cíclicos.

Pueden ser solubles en compuestos orgánicos apolares como éter , cloroformo y benceno e insolubles en agua.

Lipos =grasa

Los lípidos son la forma más predominante y más eficiente para almacenar energía en los animales. Molecularmente son muy variados, algunos de estructuras sencillas y otros complejos.

ClasificaciónTrigliceridos: En grasas animales y aceites

vegetales. son fuente de energía para uso posterior. Son llamados lípidos simples.

Glicerofosfolipidos, esfingolipidos y colesterol: con las proteínas son componentes estructurales de las membrana celular. Son llamados lípidos compuestos.

Hormonas esteroides: incluye las sexuales y otras que intervienen como mensajeros químicos.

Lípidos solubles: como las vitaminas A,D, E y K participan en una gran variedad de funciones biológicas.

clasificación

FuncionesLos lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:    Función de reserva. Son la principal reserva energética del

organismo. Un gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos sólo producen 4'1 kilocaloría/gr.

  Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos.

   Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. 

   Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos,  asociaciones de proteínas específicas con triacilglicéridos, colesterol, fosfolípidos, etc., que permiten su transporte por sangre y linfa.

Las ProteínasSon polímeros de aminoácidos. Son de elevado peso

molecular.La unión entre aminoácidos ocurre a través de la

reacción entre el OH del grupo carboxilo de uno de los aminoácidos y el grupo amino del otro.

La unión entre un aminoácido y otro se llama enlace peptidico.

Un péptido es una proteína relativamente pequeña, de 50 o menos a.a. Cuando la cadena es mayor se habla de proteínas.

Proteínas simples, conjugadas = grupos prostéticosLas proteínas pueden ser fibrosas y globulares.

Grupo funcional amino-acido:Aminoácidos: unidades

conformacionales y estructurales de las proteínas

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

Estructura PrimariaSUCESIÓN DE A.A QUE FORMAN LA CADENA POLIPEPTIDICA

Estructura SecundariaHAY INTERACCIÓN ENTRE DIFERENTES SECCIONES POLARES DE LA CADENA PEPTÍDICA, ESPECIALMENTE ENTRE GRUPOS AMINOS Y CARBOXILOS RESIDUALES.

Estructura TerciariaPLEGAMIENTO DE ESTRUCTURAS SECUNDARIAS COMO HÉLICES Y LÁMINAS SOBRE SI MISMAS, ATRAVÉS DE FUERZAS DE REPULSIÓN Y ATRACCIÓN (Puentes disulfuro)

Estructura CuaternariaFORMA EN QUE SE AGRUPAN VARIAS PROTEÍNAS, PARA FORMAR VARIOS AGREGADOS MULTIMÉRICOS Y DAR FORMA GLOBULAR.

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS

Desnaturalización de las proteínas (perdida de funcionalidad biológica)

Acción de radiación ultravioleta Soluciones de diferente naturaleza:

alcohol, ácidos o bases diluidas, acetona, etc.

Altas temperaturas Exposición a xenobióticos

SINTESIS DE PROTEÍNAS

Ácidos Nucleicos

Los nucleótidos son las unidades estructurales de los ácidos nucleicos.

Código genético y síntesis de proteínas